คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า

8.1.1 ความหมายของคลนื่ แม่เหลก็ ไฟฟ้า
ค ลื่น แ ม่เ ห ล็ก ไ ฟ ฟ้ า (Electromagnetic Wave) คือ คล่ืนท่ีเกิดจากการรบกวนทาง

แม่เหล็กไฟฟ้า (Electromagnetic Disturbance) สนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็กแผ่ออกจากตัวนาํ ใน
รูปคล่นื

การเหน่ียวนาํ สนามแม่เหลก็ และสนามไฟฟ้า

ลักษณะการเคลอ่ื นทขี่ องคลนื่ แม่เหลก็ ไฟฟ้า
คณุ สมบตั ิของคล่ืนแมเ่ หลก็ ไฟฟ้า คือ เป็นคล่ืนท่ีเกิดจากคล่ืนไฟฟา้ และคล่ืนแมเ่ หลก็ ตงั้ ฉาก
กนั และเคล่ือนท่ีไปยงั ทิศทางเดียวกนั คล่นื แมเ่ หลก็ ไฟฟา้ สามารถเดนิ ทางไดด้ ว้ ยความเรว็ 299, 792,
458 m/s หรอื เทียบเทา่ กบั ความเรว็ แสง

คล่ืนแมเ่ หลก็ ไฟฟา้ เกิดจากการรบกวนทางแมเ่ หลก็ ไฟฟา้ (Electromagnetic Disturbance)
โดยการทาํ ใหส้ นามไฟฟ้าหรือสนามแม่เหล็กมีการเปล่ียนแปลง เม่ือสนามไฟฟ้ามีการเปล่ียนแปลงจะ
เหน่ียวนาํ ใหเ้ กิดสนามแมเ่ หลก็

คล่ืนแมเ่ หลก็ ไฟฟา้ เป็นคล่ืนตามขวาง ประกอบดว้ ยสนามไฟฟา้ และสนามแมเ่ หลก็ ท่ีมีการส่นั
ในแนวตงั้ ฉากกนั และอยบู่ นระนาบตงั้ ฉากกบั ทิศการเคล่อื นท่ีของคล่ืน

ดว้ ยเหตทุ ่ีวา่ คล่ืนแมเ่ หลก็ ไฟฟา้ เคล่ือนไปดว้ ยอตั ราเรว็ ของแสงและมีพลงั งานสง่ ผา่ นไปพรอ้ ม
กับคล่ืน จงึ คาํ นวณพลงั งานของคล่ืนแมเ่ หลก็ ไฟฟา้ ไดจ้ ากสดั สว่ นโดยตรงของความถ่ีของคล่ืนนนั้ ๆ
กลา่ วคือ เม่ือกาํ หนดให้ E คือ พลงั งานมีหนว่ ยเป็นจลู h คา่ คงตวั ของพลงั ค์ มีคา่ เทา่ กบั
6.625  10–34 จลู วินาที และ f คือความถ่ีของคล่ืนมีหน่วยเป็นเฮิรตซ์ c คือความเรว็ แสงมีหน่วยเป็นเมตร
ตอ่ วินาทีจะได้

E = hf = hc/ (จาก c = f จะได้ f = c/)

8.1.2 ปริมาณทเ่ี กยี่ วข้องกับคลนื่ แม่เหลก็ ไฟฟ้า
1. สนามไฟฟ้า แรงไฟฟ้าเกิดจากประจุไฟฟ้าท่ีมีทงั้ ประจุบวกและประจุลบ ประจไุ ฟฟ้าจะมี

สนามไฟฟา้ (Electric Field) แผก่ ระจายโดยรอบ สนามของประจไุ ฟฟา้ มีลกั ษณะ ดงั รูป

สนามของประจุไฟฟ้า

2. สนามแม่เหล็ก (Magnetic Field) หมายถึง บริเวณท่ีมีแรงแม่เหล็กกระทาํ (สาํ หรบั คาํ ว่า
สนาม (Field) นกั วิทยาศาสตรก์ าํ หนดว่าเป็นบรเิ วณท่ีมีแรงกระทาํ ต่อวตั ถุ ซ่งึ สนามนีต้ าเราไม่สามารถ
มองเหน็ สนามได้ แตส่ ามารถรูไ้ ดว้ า่ บรเิ วณใดมีสนามจากการดผู ลของแรงท่ีกระทาํ )

สนามแม่เหลก็

แรงเนื่องจากสนามแม่เหลก็
แรงเน่ืองจากสนามแมเ่ หลก็ เป็นไปตามกฎของการ Cross Vector แรงนีเ้ รยี กวา่ แรงลอเลนซ์

(Lorentz’s Force) หรอื แรงแมเ่ หลก็
หรอื

เม่ือ F = ขนาดของแรงท่ีกระทาํ ตอ่ ประจุ (N)
q = ประจไุ ฟฟา้ (C)
v = ขนาดของความเรว็ (m/s)
B = ขนาดของสนามแมเ่ หลก็ (T)

แนวการเคล่ือนท่ีของอิเล็กตรอนจะเบนไปจากแนวเดิม กล่าวคือ อิเล็กตรอนท่ีมีประจุลบ
เคล่ือนท่ีตั้งฉากกับสนามไฟฟ้าสม่าํ เสมอ พบว่าแรงไฟฟ้าท่ีกระทาํ ต่ออิเล็กตรอนจะทาํ ให้แนวการ
เคล่อื นท่ีของอเิ ลก็ ตรอนเบนจากแนวการเคล่อื นท่ีเดมิ ดงั รูป

อเิ ลก็ ตรอนเคลอื่ นทใ่ี นแนวตัง้ ฉากกับสนามไฟฟ้าสม่าํ เสมอ

สนามแม่เหล็กสามารถดูด ผลักวัตถุท่ีมีขนาดใหญ่ได้ ถ้าเป็นอนุภาคขนาดเล็กท่ีเป็น
องคป์ ระกอบของอะตอม เชน่ อเิ ลก็ ตรอนเคล่ือนท่ีในสนามแมเ่ หลก็ จะถกู แรงเน่ืองจากสนามแมเ่ หลก็
หรอื แรงแมเ่ หลก็ กระทาํ ทาํ ใหแ้ นวการเคล่ือนท่ีเปล่ยี นไป

เส้นแรงแม่เหลก็
ผลของสนามแม่เหลก็ ตอ่ การเคลอื่ นทขี่ องตวั นาํ ทม่ี กี ระแสไฟฟ้าผ่าน

เม่ือกระแสไฟฟ้าผ่านตวั นาํ ท่ีวางตดั สนามแม่เหลก็ จะมีแรงแม่เหลก็ กระทาํ ตอ่ ลวดตวั นาํ มีผล
ทาํ ใหล้ วดตวั นาํ เคล่ือนท่ีทิศทางของแรงแมเ่ หลก็ ขนึ้ อยกู่ บั ทิศของกระแสไฟฟา้ และสนามแมเ่ หลก็

สนามแม่เหลก็ โลก
โลกมีสมบตั ิเสมือนสนามแม่เหล็กขนาดใหญ่ฝังอย่ใู ตโ้ ลก โดยวางตวั ในแนวเหนือใต้ และแผ่

สนามแมเ่ หลก็ ออกปกคลมุ ทงั้ โลก เรยี กวา่ สนามแมเ่ หลก็ โลก (Earth’s magnetic field)

เมอ่ื B = แทนความเขม้ ของสนามแมเ่ หลก็ (T)
= แทนจาํ นวนเสน้ แรงแมเ่ หลก็ ท่ีผา่ นพืน้ ท่ีใด (Wb)
= แทนพืน้ ท่ีในแนวตงั้ ฉากกบั เสน้ แรงแมเ่ หลก็ (m2)

8.1.3 การเกดิ คลน่ื แม่เหลก็ ไฟฟ้า
สามารถอธิบายไดด้ งั นี้

1. การเปล่ียนแปลงสนามแม่เหล็กก่อให้เกิดสนามไฟฟ้า ในการทดลองหาทิศทางของ
สนามไฟฟ้าเหน่ียวนาํ เม่ือมีการเปล่ียนแปลงสนามแม่เหล็ก โดยใช้ “กฎมือซา้ ย” ใชห้ วั แม่มือชีท้ ิศทาง
การเปล่ียนแปลงสนามแมเ่ หลก็ และนิว้ ท่ีกาํ รอบสนามแมเ่ หลก็ จะชีส้ นามไฟฟา้ เหน่ียวนาํ

2. การเปล่ยี นแปลงสนามไฟฟา้ ก่อใหเ้ กิดสนามแมเ่ หลก็ ในการทดลองนนั้ เราสามารถ
หาทิศทางของสนามแม่เหล็กเหน่ียวนาํ เม่ือสนามไฟฟ้าเปล่ียนแปลงจาก “กฎมือขวา” ใชห้ วั แม่มือขวาชี้
ทิศทางการเปล่ยี นแปลงสนามไฟฟา้ นิว้ มือท่ีกาํ รอบสนามไฟฟา้ บอกทิศทางสนามแมเ่ หลก็ เหน่ียวนาํ

8.1.4 สเปกตรัมของคลน่ื แม่เหลก็ ไฟฟ้า
ส เ ป ก ต รัม (Spectrum) ของคล่ืนแม่เหล็กไฟฟ้า คือ คล่ืนแม่เหล็กไฟฟ้าท่ีมีความถ่ี

ตอ่ เน่ืองกนั ตงั้ แตค่ วามถ่ีต่าํ สดุ ไปถงึ สงู สดุ ซง่ึ จะทาํ ใหม้ ีผลตอ่ ประสาทสมั ผสั ของคนแตกตา่ งกนั ออกไป

ความสัมพันธข์ องสเปกตรัมกับคลนื่ แม่เหลก็ ไฟฟ้า
แมกซแ์ พลงค์ นกั วิทยาศาสตรช์ าวเยอรมนั ศกึ ษาเก่ียวกบั คล่นื แมเ่ หลก็ ไฟฟา้ สรุปวา่ “พลงั งาน

ของคล่ืนแมเ่ หลก็ ไฟฟา้ แปรผนั ตรงกบั ความถ่ี” สามารถเขียนเป็นสมการไดว้ า่
E = hv

จากสมการจะพบว่าพลังงานจะขนึ้ อยกู่ ับความถ่ี ถ้าความถม่ี ากพลังงานกม็ าก

สเปกตรัมของคลน่ื แม่เหลก็ ไฟฟ้า

(ตอ่ ) สเปกตรัมของคลน่ื แม่เหลก็ ไฟฟ้า

8.1.5 สมบตั ขิ องคลน่ื แม่เหลก็ ไฟฟ้า
1. ไมต่ อ้ งใชต้ วั กลางในการเคล่ือนท่ี เป็นคล่นื ตามขวาง
2. อัตราเร็วของคล่ืนแม่เหล็กไฟฟ้าทุกชนิดในสุญญากาศเท่ากับ 3  108 เมตร/วินาที ซ่ึง
เทา่ กบั อตั ราเรว็ แสง
3. ถ่ายเทพลงั งานจากท่ีหนง่ึ ไปยงั อีกท่ีหนง่ึ
4. ถกู ปลดปลอ่ ยออกมาและถกู ดดู กลนื ไดโ้ ดยสสาร
5. ไมม่ ีประจไุ ฟฟา้
6. คล่ืนสามารถแทรกสอด สะทอ้ น หกั เห และเลีย้ วเบนได้

ความถ่ีในช่วงต่าง ๆ ของคล่ืนแม่เหล็กไฟฟ้า จะมีช่ือเรียกเฉพาะในแต่ละช่วง ซ่ึงสามารถ
ลาํ ดบั จากความถ่ีมากไปหานอ้ ยไดด้ งั นี้

1. รงั สแี กมมา (Gamma Rays)
2. รงั สเี อกซ์ (X – Rays)
3. รงั สีอลั ตราไวโอเลต (Ultraviolet Light)
4. แสงท่ีตามองเห็นได้ (Visible Light)

ตาราง ความยาวคล่ืนและความถ่ีของแสงท่ีตามองเห็นได้ ความถ่ี (1014 Hz)
7.69 – 6.59
สี ความยาวคล่ืน (10–7 m) 6.59 – 6.10
มว่ ง 3.90 – 4.55 6.10 – 5.20
นา้ํ เงนิ 4.55 – 4.92 5.20 – 5.03
เขียว 4.92 – 5.77 5.03 – 4.82
เหลอื ง 5.77 – 5.97 4.82 – 3.84
สม้ 5.97 – 6.22
แดง 6.22 – 7.80

5. รงั สีอินฟราเรด (Infrared Wave)
ประโยชนข์ องรังสอี นิ ฟราเรด
– ดา้ นการแพทย์
– ดา้ นการเกษตร
– ดา้ นการอตุ สาหกรรม
– ดา้ นการทหาร

6. ไมโครเวฟ (Microwave)

7. คล่ืนวทิ ยโุ ทรทศั น์

ตาราง การใชง้ านคล่ืนวิทยุ ความยาวคลื่น การใช้งาน
มากกวา่ 10 km ใชส้ ่ือสารทางทะเล
ความถ่ี (ชือ่ ) ใชส้ ่อื สารทางทะเล
ต่าํ กวา่ 30 kHz (VLF) 1 – 10 km ใชส้ ง่ คล่นื วิทยรุ ะบบเอเอ็ม
30 – 300 kHz (LF) 0.1 – 1 km ใชส้ ง่ วิทยคุ ล่ืนสนั้ ส่ือสารระหวา่ งประเทศ
0.3 – 3 MHz (MF) 10 – 100 m ใชส้ ง่ คล่ืนวิทยรุ ะบบเอฟเอ็มและคล่ืนโทรทศั น์
1 – 10 m ใชส้ ง่ คล่นื โทรทศั นแ์ ละไมโครเวฟ
3 – 30 MHz (HF) 10 – 100 cm ใชส้ ง่ ไมโครเวฟและเรดาร์
30 – 300 MHz (VMF) 1 – 10 cm ใชส้ ง่ ไมโครเวฟ
0.3 – 3 GHz (VHF) 1 – 10 mm
3 – 30 GHz (SHF)
30 – 300 GHz (EHF)

การคาํ นวณการรับส่งคลน่ื วทิ ยุ

เม่ือ f = แทนความถ่ีขณะท่ีเกิดรโี ซแนนซ์ Hz
L = แทนความเหน่ียวนาํ H
C = แทนความจไุ ฟฟา้ F

ตาราง ผลของคล่นื วทิ ยตุ อ่ รา่ งกาย

ความถี่ ความยาวคลื่น (m) บริเวณสาํ คัญ ผลทเี่ กดิ ขนึ้
นอ้ ยกวา่ 150 MHz มากกวา่ 2.00 ทอ่ี าจเกดิ อนั ตราย ทะลผุ า่ นรา่ งกาย
150 MHz – 1.2 GHz 2.00 – 0.25 เกิดความร้อนบริเวณใต้
0.30 – 0.10 – ผิวหนงั และอวยั วะภายใน
1 – 3 GHz 0.10 – 0.03 อวยั วะในรา่ งกาย อนั ตรายตอ่ เลนสต์ า
3 – 10 GHz นอ้ ยกวา่ 0.03 รูส้ กึ รอ้ นท่ีผิวหนงั
มากกวา่ 10 GHz เลนสต์ า สะทอ้ นท่ีผิวหนงั
เลนสต์ าและผวิ หนงั

ผิวหนงั

8.2.1 แสงขาว
เก่ียวขอ้ งกบั การมองเห็น และสามารถนาํ แสงเลเซอรม์ าใชป้ ระโยชนใ์ นทางการแพทย์

8.2.2 คลน่ื วทิ ยุ (Radio Wave)
สง่ สญั ญาณเสยี งเพ่ือกระจายขอ้ มลู ขา่ วสาร และความบนั เทิง

8.2.3 คลน่ื โทรทศั นแ์ ละคลนื่ ไมโครเวฟ
ใชใ้ นการส่อื สารโทรคมนาคม ใชเ้ ป็นแหลง่ กาํ เนิดความรอ้ น

8.2.4 รังสอี นิ ฟราเรด (Infrared Rays)
ใชใ้ นการถ่ายภาพในชว่ งเวลาท่ีมีเมฆ ใชใ้ นอตุ สาหกรรมอบสี ใชใ้ นการทาํ อาวธุ สงครามฯลฯ

8.2.5 รังสอี ัลตราไวโอเลต (Ultraviolet Rays)
ใชใ้ นการตรวจสอบลายมือช่ือของผฝู้ ากเงินกบั ธนาคาร ใชใ้ นการฆา่ เชือ้ โรค ฯลฯ

8.2.6 รังสเี อกซ์ (X – Rays)
ใชห้ ารอยรา้ ว หรอื รูโพรงในแผน่ โลหะ ตรวจหาอาวธุ ปืนหรอื วตั ถรุ ะเบดิ ใชใ้ นการวินิจฉยั โรค

ฯลฯ
8.2.7 รังสแี กมมา (Gamma Rays)

ใชต้ รวจสอบรอยร่วั และรอยรา้ วของเครอ่ื งใชท้ ่ีทาํ จากโลหะ ใชร้ กั ษาโรค ใชอ้ าบผลผลติ ฯลฯ

คล่ืนแม่เหล็กไฟฟ้า คือ คล่ืนท่ีเกิดจากการรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้า โดยการทําให้
สนามไฟฟ้าหรอื สนามแม่เหลก็ มีการเปล่ียนแปลง เม่ือสนามไฟฟ้ามีการเปล่ียนแปลงจะเหน่ียวนาํ ใหเ้ กิด
สนามแมเ่ หลก็

“พลังงานของคลนื่ แม่เหลก็ ไฟฟ้าแปรผันตรงกับความถ”่ี

E = hv

สเปกตรัม (Spectrum) ของคล่ืนแม่เหลก็ ไฟฟ้าคือ คล่ืนแมเ่ หลก็ ไฟฟา้ ท่ีมีความถ่ีตอ่ เน่ืองกนั
ตงั้ แตค่ วามถ่ีต่าํ สดุ ไปถงึ สงู สดุ ความถ่ีในชว่ งตา่ ง ๆ ของคล่ืนแมเ่ หลก็ ไฟฟา้ ดงั นี้

1. รงั สแี กมมา (Gamma rays)
2. รงั สเี อกซ์ (X – rays)
3. รงั สีอลั ตราไวโอเลต (Ultraviolet light) หรอื รงั สเี หนือมว่ ง
4. แสงท่ีตามองเหน็ ได้ (Visible light) มีความถ่ีอยใู่ นชว่ ง 4  1014 Hz ถงึ 8  1014 Hz
5. รงั สอี ินฟราเรด (Infrared Wave) เรยี กอีกอยา่ งวา่ เป็นรงั สีความรอ้ นหรอื รงั สีใตแ้ ดง
6. ไมโครเวฟ (Microwave)
7. คล่นื วิทยโุ ทรทศั น์ เป็นคล่นื ท่ีใชส้ ง่ – รบั วิทยแุ ละโทรทศั น์

ประโยชนข์ องคล่ืนแม่เหล็กไฟฟ้า แสงขาว เก่ียวขอ้ งกับการมองเห็นและสามารถนาํ แสง
เลเซอรม์ าใชป้ ระโยชนใ์ นทางการแพทย์ สง่ สญั ญาณเสียงเพ่ือกระจายขอ้ มลู ข่าวสาร ความบนั เทิง คล่ืน
โทรทัศนแ์ ละคล่ืนไมโครเวฟ ใชใ้ นการส่ือสารโทรคมนาคม ใชเ้ ป็นแหล่งกาํ เนิดความรอ้ น ใชใ้ นการ
ถ่ายภาพในช่วงเวลาท่ีมีเมฆ ใชใ้ นอตุ สาหกรรมอบสี การทาํ อาวธุ ใชใ้ นการตรวจสอบลายมือช่ือของผู้
ฝากเงินกบั ธนาคาร ใชใ้ นการฆา่ เชือ้ โรค ใชห้ ารอยรา้ ว หรอื รูโพรงในแผน่ โลหะ ตรวจหาอาวธุ ปืนหรอื วตั ถุ
ระเบิดใชใ้ นการวินิจฉยั โรค ใชต้ รวจสอบรอยร่วั และรอยรา้ วของเคร่ืองใชท้ ่ีทาํ จากโลหะ ใชร้ กั ษาโรค ใช้
อาบผลผลติ ฯลฯ